JP4265999B2 - 侵入警戒システム - Google Patents

Description

本発明は、監視区域内への侵入を検出する検出センサを用いる侵入警戒システムに関する。

昨今の不穏な社会情勢を反映して、エネルギー、交通通信、金融流通、農林漁業等々各種施設に対する防犯防災、特に人為的破壊や略奪に対する警戒防御の要請が益々高まっている。しかしながら、工場敷地のような広大な敷地への侵入、または、鉄道線路のような長大な施設への侵入については、その検出量の多さから監視が容易ではなかった。そこで、コストが低く、また、簡易な方式で広い範囲の侵入を検出できれば、上記のような広大・長大な施設の監視も可能となる。このような検出を可能とする従来技術例として、例えば、遠隔地におけるセンサ検出を光ファイバを通じて遠隔地へ送信し、このセンサ検出を解析して侵入を検出するような方式がある。更にセンサを遠隔地に多数配置する必要があるため、センサが無給電方式であることが望ましい。

このような従来技術は多数存在するが、例えば、特許文献１，２のような先行技術が知られている。
特許文献１（発明の名称：無給電方式の測定装置）には、従来技術の無給電方式の測定装置が開示されている。この特許文献１の図１に示される測定装置は、布設上の問題や防爆安全性を高める等の目的で、電源電圧を外部から供給することが困難な場合に対処するものであり、太陽電池の出力電圧を蓄積して電源とする測定装置である。また、測定装置としては、遠隔地点のタンクに原油の圧力等の情報を検出するセンサを具備する端末機器を設置し、このセンサで検出した情報を、伝送ケーブルを介して得る装置である。

また、特許文献２（発明の名称：光センサ複合パイプケーブル）には、堤防や道路などの長大構造物の状態監視用センサとして用いられる光センサ複合パイプケーブルが開示されている。この特許文献２の図２に示されるケーブルでは、歪み検出用光ファイバと空気圧送用パイプとをシースで一体に複合した光複合ケーブルであり、配線作業の簡略化を実現する。

特開平６−１２４３９６号公報（段落番号０００８，図１） 特開平１１−１４９０２２号公報（段落番号００１４，００１５，図１，図２）

しかしながら、特許文献１に記載された測定装置は、太陽電池等二次電源を必要とし、該太陽電池の出力電圧を蓄積し、所定の電圧にして出力する電源回路、この電源回路からの出力電圧を低下させる手段を通じて常時動作電圧が供給される給電制御回路等を用いるため、不安定な電源供給となり易く、また、石油プラント等に付設することもあり、概して部品点数も多く大掛かりな装置となっている。

また、特許文献２に記載された光複合ケーブルも、歪み検出用光ファイバと空気圧送用パイプとをシースで一体に構成し、このシースの外周に金属外装を具える等堤防や道路等の建造物を対象とする状態監視用センサのため、複雑で頑強な構造を有している。このため、空気圧送を必要としない検出ではコスト的に適用できなかった。

そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電源が得難い各種施設等現場においても無給電方式で、簡易な構成ながら広大・長大な範囲にわたり的確に状態変化を検出可能な検出センサを用いて低コスト化および省エネ化をはかり、広大・長大な各種施設等に対する警戒防御の用に供する侵入警戒システムを提供することにある。

本発明の請求項１に係る侵入警戒システムは、
光を出射する発光部と、
被検出物に設置されて機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換するフィルムセンサと、
前記フィルムセンサにより変換された電気的エネルギーを起電圧として抽出する一対の電極、この一対の電極に挟持されるとともに一対の電極から印加される起電圧により生じる電界の変化に応じて屈折率を変化させる電気光学結晶を備え、前記発光部からの光を電気光学結晶に入射させるとともに電気光学結晶の屈折率の変化に応じて光を変調して変調光を出力する検出部と、
前記検出部から出射された変調光を受光する受光部と、
前記受光部から出力される出力電圧信号を演算処理して波形信号を出力する信号処理部と、
前記信号処理部からの波形信号を波形解析処理してフィルムセンサが検出した被検出物の機械的変化を検出することで侵入者を検出する判定部と、
を備え、
前記フィルムセンサおよび前記検出部は複数設けられ、
前記発光部と前記検出部との間、および、前記検出部と前記受光部との間をそれぞれ光ファイバケーブルにより光学的に接続して一の系統とし、複数系統の光ファイバケーブルが前記発光部および前記受光部に並列接続されることを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る侵入警戒システムは、
光を出射する発光部と、
被検出物に設置されて機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換するフィルムセンサと、
前記フィルムセンサにより変換された電気的エネルギーを起電圧として抽出する一対の電極、この一対の電極に挟持されるとともに一対の電極から印加される起電圧により生じる電界の変化に応じて屈折率を変化させる電気光学結晶を備え、前記発光部からの光を電気光学結晶に入射させるとともに電気光学結晶の屈折率の変化に応じて光を変調して出力する検出部と、
前記検出部から出射された変調された光を受光する受光部と、
前記受光部から出力される出力電圧信号を演算処理して波形信号を出力する信号処理部と、
前記信号処理部からの波形信号を波形解析処理してフィルムセンサが検出した被検出物の機械的変化を検出することで侵入者を検出する判定部と、
を備え、
前記フィルムセンサおよび前記検出部は複数設けられ、
前記発光部と前記検出部との間、隣接する二個の前記検出部の間、および、前記検出部と前記受光部との間をそれぞれ光ファイバケーブルにより光学的に接続して直列接続されることを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る侵入警戒システムは、
請求項１または請求項２に記載の侵入警戒システムにおいて、
前記検出部は、
前記発光部から出射された光を直線偏光とする偏光子と、
偏光子からの直線偏光を円偏光として電気光学結晶へ出力する１／４波長板と、
１／４波長板からの円偏光を屈折率に応じて変調する前記電気光学結晶と、
前記電気光学結晶から出力された円偏光を直線偏光とする検光子と、
を備え、前記受光部は検光子からの直線偏光を受光することを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る侵入警戒システムは、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の侵入警戒システムにおいて、
前記フィルムセンサは、
ピエゾフィルムシートと、
ピエゾフィルムシートの上下面に金属皮膜で形成した薄膜電極と、
を備えたピエゾフィルムであることを特徴とする。

また、本発明の請求項５に係る侵入警戒システムは、
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の侵入警戒システムにおいて、
前記電気光学結晶は、Ｂｉ _１２ ＧｅＯ _２０ 又はＢｉ _１２ ＳｉＯ _２０ で形成した結晶であることを特徴とする。

また、本発明の請求項６に係る侵入警戒システムは、
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の侵入警戒システムにおいて、
前記フィルムセンサを貼着または這着して被検出物に配設することを特徴とする。

また、本発明の請求項７に係る侵入警戒システムは、
光を出射する発光部と、
前記発光部からの光を整形する入射側光学部、機械的エネルギーに応じて複屈折を生じさせて入射側光学部から入射された光を変調する複屈折結晶透明体、複屈折結晶透明体で変調された光を整形する出射側光学部を備え、機械的エネルギーに基づいて複屈折結晶透明体に発生する複屈折に応じて光を変調して出力する光学部と、
前記光学部から出射された変調された光を受光する受光部と、
前記受光部から出力される出力電圧信号を演算処理して波形信号を出力する信号処理部と、
前記信号処理部からの波形信号を波形解析処理して複屈折結晶透明体が検出した被検出物の機械的変化を検出することで侵入者を検出する判定部と、
を備え、
前記光学部は複数設けられ、
前記発光部と前記光学部との間、および、前記光学部と前記受光部との間をそれぞれ光ファイバケーブルにより光学的に接続して一の系統とし、複数系統の光ファイバケーブルが前記発光部および前記受光部に並列接続されることを特徴とする。

また、本発明の請求項８に係る侵入警戒システムは、
光を出射する発光部と、
前記発光部からの光を整形する入射側光学部、機械的エネルギーに応じて複屈折を生じさせて入射側光学部から入射された光を変調する複屈折結晶透明体、複屈折結晶透明体で変調された光を整形する出射側光学部を備え、機械的エネルギーに基づいて複屈折結晶透明体に発生する複屈折に応じて光を変調して出力する光学部と、
前記光学部から出射された変調された光を受光する受光部と、
前記受光部から出力される出力電圧信号を演算処理して波形信号を出力する信号処理部と、
前記信号処理部からの波形信号を波形解析処理して複屈折結晶透明体が検出した被検出物の機械的変化を検出することで侵入者を検出する判定部と、
を備え、
前記光学部は複数設けられ、
前記発光部と前記光学部との間、隣接する二個の前記光学部の間、および、前記光学部と前記受光部との間をそれぞれ光ファイバケーブルにより光学的に接続して直列接続されることを特徴とする。

また、本発明の請求項９に係る侵入警戒システムは、
請求項７または請求項８に記載の侵入警戒システムにおいて、
前記入射側光学部は、前記発光部から出射された光を直線偏光に変換する偏光子と、偏光子からの直線偏光を円偏光に変換して出力する１／４波長板と、を有し、
前記複屈折結晶透明体は、複屈折により透過する円偏光を変調する機能を有し、
前記出射側光学部は、前記複屈折結晶透明体から出力された円偏光を直線偏光とする検光子を有し、
前記受光部は、前記検光子からの直線偏光を受光することで、この光から前記複屈折結晶透明体が検出した機械的変化を検出することを特徴とする。

また、本発明の請求項１０に係る侵入警戒システムは、
請求項９に記載の侵入警戒システムにおいて、
前記複屈折結晶透明体は光ファイバであることを特徴とする。

また、本発明の請求項１１に係る侵入警戒システムは、
請求項７〜請求項１０の何れか一項に記載の侵入警戒システムにおいて、
前記複屈折結晶透明体を貼着または這着して被検出物に配設することを特徴とする。

また、本発明の請求項１２に係る侵入警戒システムは、
請求項１〜請求項１１の何れか一項に記載の侵入警戒システムにおいて、
前記被検出物は、建物、工作物または界標を形成するフェンスであることを特徴とする。

以上のような本発明によれば、電源が得難い各種施設等現場においても無給電方式で、簡易な構成ながら広大・長大な範囲にわたり的確に状態変化を検出可能な検出センサを用いて低コスト化および省エネ化をはかり、広大・長大な各種施設等に対する警戒防御の用に供する侵入警戒システムを提供することができる。

続いて、本発明を実施するための最良の形態について図に基づき説明する。図１は本形態の侵入警戒システムの検出センサの構成図、図２は検出センサに接続される信号処理部の構成図である。この検出センサ１０は、検出部１１、ピエゾフィルム１２、発光部２０、受光部３０を備えている。
検出部１１は、更に偏光子１１ａ、１／４波長板１１ｂ、透明電極１１ｃ、電圧印加線１１ｄ、透明電極１１ｅ、電気光学結晶１１ｆ、検光子１１ｇを備えている。
また、この検出センサ１０は、信号処理部１００に接続されるものであり、この信号処理部１００は、直流増幅回路４０、ローパスフィルタ５０、交流増幅回路６０、割算回路７０、ローパスフィルタ８０、出力回路９０を備えている。

続いて、検出センサ１０および信号処理部１００について一括して説明する。
図１で示す発光部２０は、例えばＬＤ（laser diode）や、ＬＥＤ（light-emitting diode）であり、検出部１１へ光を供給する。
検出部１１の偏光子１１ａは、入射された光を偏光して直線偏光に変換した上で出射する。発光部２０が出射する光は、あらゆる方向に振動している光が混合している普通の光であるが、偏光子１１ａは、光の電場(および磁場)が特定の方向にしか振動していない光に偏光し、直線偏光として出力する。
１／４波長板１１ｂは、偏光子１１ａから出力された直線偏光を円偏光（たとえば右回転）に変換して出力する。

このような偏光子１１ａ，１／４波長板１１ｂは光アイソレーター（光の一方通行素子）としても機能する。偏光子１１ａから出た直線偏光を、さらに１／４波長板１１ｂで円偏光してこの光を透明電極１１ｃに当てると、一部の光は反射して戻ってくるが。この反射した光は、円偏光の回転方向は同じで光の進行方向が逆転するため、逆回転（先に右回転であったためここでは左回転）する円偏光になっている。この光が先の１／４波長板１１ｂを通過して直線偏光に戻るが、偏波面の方向が往路と９０°変っており、偏光子１１ａでブロックされて、発光部２０へは反射光が戻らない。これによって不要な光を除去する。また、発光部２０がＬＤの場合は戻り光が発振に悪影響を与えるが、アイソレータ機能によりそのような心配がない。

透明電極１１ｃ、電気光学結晶１１ｆ、透明電極１１ｅは光が透過するようになされている。電気光学結晶１１ｆは、偏光子１１ａ、１／４波長板１１ｂ、検光子１１ｇとのケース内一体収納の取扱性、耐温度特性、または波長設定等を勘案し、特にＢｉ_１２ＧｅＯ_２０又はＢｉ_１２ＳｉＯ_２０が相応しいが、これに特定されるものではない。
ピエゾフィルム１２は、本発明のフィルムセンサの具体例であるが、長尺のピエゾフィルムシートと、このピエゾフィルムシートの上下面に金属皮膜で形成した薄膜電極とを備えるものであり、機械的な歪み（変形）が加わるとピエゾフィルムシートで発生した電圧が金属皮膜に印加されるという圧電効果を有する圧電素子であり、上下の金属皮膜がそれぞれ電圧印加線１１ｄを介して透明電極１１ｃ，１１ｅに接続されている。
通常は、ピエゾフィルム１２に歪み（変形）が発生していないため、電気光学結晶１１ｆの両側にある透明電極１１ｃ，１１ｅには電圧が印加されておらず、光は通常の屈折率で強度変調されて透過する。なお、異常時の検出については後述する。検光子１１ｇは、円偏光を直線偏光に変換して受光部３０へ出射する。

図２で示す受光部３０は、入射された光の強度に比例するように出力電圧信号を出力する。
直流増幅回路４０は、出力電圧信号を所定増幅率にて増幅し、ローパスフィルタ５０および交流増幅回路６０へ出力する。

ローパスフィルタ５０は、出力電圧信号のうち直流成分のみ抽出して割算回路７０へ出力する。
交流増幅回路６０は、出力電圧信号のうち交流成分のみを増幅して割算回路７０へ出力する。
割算回路７０は、交流成分を直流成分で割って波形信号を出力する。これにより、交流成分のみ抽出した波形信号を得ることができる。
ローパスフィルタ８０は、波形信号に含まれる不要な高周波成分を除去する。出力回路９０は最終的な波形信号を出力する。信号処理部１００における各信号の流れはこのようになる。

このような検出センサ１０の取付け例について説明する。図３は、検出センサの取付け例を説明する説明図である。
ピエゾフィルム１２、および、検出部１１は、図３で示すように、フェンスの上側に取り付けられる。ピエゾフィルム１２は、フェンス１の上側で長い距離（例えば２０ｍ）にわたり貼着される。なお発光部２０と検出部１１との間、および、検出部１１と受光部３０との間をそれぞれ光ファイバ１３（この光ファイバは、光ファイバが被覆された光ファイバケーブルを含む概念である）を介して接続されており、ピエゾフィルム１２、および、検出部１１に対して給電する必要がない。

続いて、異常の検出について説明する。
例えば侵入者がフェンス１をよじ登って乗り越えたような場合、フェンス１が変形することに起因してピエゾフィルム１２も変形して発生した電圧が図１の透明電極１１ｃ，１１ｅに印加される。この電圧の印加に応じて電界が電気光学結晶１１ｆに加えられると、電気光学結晶１１ｆの屈折率は電界にほぼ比例して変化する。このため、電気光学結晶１１ｆを円偏光が通過すると、直交する成分（電界・磁界）に対する屈折率が変化しているため各光の成分間に位相差が与えられて強度が変調される。

これにより電気光学結晶１１ｆから変調が加えられた円偏光が検光子１１ｇへ出力される。検光子１１ｇは円偏光を直線偏光に変換して受光部３０へ出射する。入射される円偏光の位相差に起因して、出射する直線偏光も光強度が変化している。
受光部３０はこの直線偏光の光強度の変化を測定し、印加電圧（Ｖ）を求めるものである。

続いてこのような検出センサ１０を用いる検出について説明する。図４〜図８は、ピエゾセンサ取り付け箇所を乗り越えたときの信号処理部１００からの出力電圧測定波形図である。これら図は信号処理部１００からの出力電圧信号をデジタルオシロで記録した波形図である。これら波形からも明らかなように、発光部２０、検出センサ１０、および、受光部３０では光により通信するため、ノイズの影響がほとんどない。

図４では特に検出部１１の近傍で侵入者がフェンス１を乗り越えた時の波形であるが、図４の波形のピークは−１．７〜１Ｖであり、光電圧センサの変換比（０．１７倍）からピエゾフィルム１２の出力電圧は、−１０〜５．９Ｖであり、また、周波数は、侵入者がフェンス１を乗り越えたときのフェンス１のたわみが波形の波になって表れると想定できる。検出感度は十分であり、本方式により検出部１１取り付け箇所の近傍の侵入検出を行うことが可能である。

図５は取り付け箇所から２ｍ地点を乗り越えたときの信号処理部１００の出力電圧測定波形を示し、図６はその時間間隔についての拡大図を示す。電圧レベルが小さくなり、また波形の周期が短くなっている。この周波数は１５Ｈｚ前後であり、侵入者がフェンス１を乗り越えたときにフェンス１がたわみ、そのことによって発生した振動が波形の波となって測定されたと想定できる。

図７および図８に取り付け箇所から１０ｍ地点を乗り越えたときの信号処理部１００の出力電圧測定波形を示す。図５および図６と比較して電圧レベルが１／１０以下（−１０ｍＶ〜１０ｍＶ）となっている。また、周波数は１５Ｈｚ前後であり、同等となっている。センサの取り付け箇所から１０ｍ地点においても検出は可能であるが、ピエゾフィルム１２の面積を大きくする、ピエゾフィルム１２に加わる振動を機械的に増幅する等処置を施して、検出センサ１０の感度を最適化してもよい。いずれにしても、本方式により検出感度は十分確保でき、侵入検出を行うことが可能である。

続いてこのような検出センサ１０を用いる侵入警戒システム１０００について図を参照しつつ説明する。図９，図１０は本形態の侵入警戒システム１０００の構成図である。
例えば、図９で示すように、侵入警戒システム１０００は、検出センサ１０、発光部２０、受光部３０、信号処理部１００、判定部２００、付属構成部３００を備えている。
この侵入警戒システム１０００では、発光部２０と受光部３０とから複数の光ファイバ１３を並列に配置し、それぞれの光ファイバ１３に一個の検出部１１およびピエゾフィルム１２（図示せず）を配置することで、長大・広大な施設に多数の検出部を設置するものである。また、図１０で示すように光ファイバ１３を通過する光が減衰しないことから多数の検出部１１を直列配置することも可能である。

これら図９，図１０で示す侵入警戒システム１０００の場合、例えば、発光部２０と受光部３０に検出センサ１０毎に入射光信号と出射光信号を分別する装置を備え、各検出センサ１０からの出射光信号の時間差や振幅減衰等を分析し、広大なフェンスの侵入箇所を特定できるようにしてもよい。
また、例えば、発光部２０と受光部３０に検出センサ１０毎に応答する波長等異なる入射光信号と出射光信号を重畳する装置を備え、各検出センサからの出射光信号の時間差や振幅減衰等を分析し、広大なフェンスの侵入箇所を特定できるようにしてもよい。
これらのような侵入警戒システム１０００では、判定部２００が所定閾値を超えるような波高を有する波形が得られた場合、侵入があったと検出して検出信号を付属構成部３００へ送信し、付属構成部３００の、警報部による音声警報・ディスプレイ・回転灯などによる表示警報を報知したり、監視センタへ伝送したり、監視カメラを動作させるスイッチとしたり、監視処理を行うこともできる。

続いて他の方式の検出センサについて図を参照しつつ説明する。図１１は他の検出センサ１０’の構成図である。
本形態では、図２で示した構成の検出センサ１０を検出センサ１０’に置き換えて変更する形態である。
検出センサ１０’は、光学部１４、複屈折結晶透明体の一具体例となる光ファイバ１５を備える。光学部１４は、入射側光学部１４１と、出射側光学部１４２とに分かれ、入射側光学部１４１は偏光子１４１ａ、１／４波長板１４１ｂを備え、出射側光学部１４２は検光子１４２ａを備えている。

続いて検出センサ１０’について説明する。
図１１で示す発光部２０は、検出センサ１０’へ光を供給する。
検出センサ１０’のセンサ部１１の偏光子１４１ａは、入射された光を偏光して直線偏光として出射する。
１／４波長板１４１ｂは、偏光子１４１ａから出力された直線偏光を円偏光（たとえば右回転）に変換して出力する。この１／４波長板１４１ｂからの光は光ファイバ１５へ出射される。平時は、光ファイバ１５の通常の屈折率による光強度に変調される。光ファイバ１５からの光は出射側光学部１４２の検光子１４２ａへ入力される。検光子１４２ａは、光を直線偏光に戻して受光部３０へ出射する。受光部３０以降は先に説明した信号処理部１００における処理と同じ処理を行うものである。

このような検出センサ１０’の取付け例について説明する。図１２は、検出センサ１０’の取付け例を説明する説明図である。
光ファイバ（マルチモード）１５、および、光学部１４は、図１２で示すように、光ファイバ１５がフェンス１の側面に、また、光学部１４がフェンス１の上側に取り付けられる。この光ファイバ１５は、フェンス１の側面でループ状であって長い距離（例えば６ｍ）にわたり貼着される。この場合、光ファイバ１５をフェンス１の網の上下に編みこむ等して強固に取り付けるようにしても良い。なお発光部２０と入射側光学部１４１との間、および、出射側光学部１４２と受光部３０との間をそれぞれ光ファイバ１３（この光ファイバは、光ファイバが被覆された光ファイバケーブルを含む概念である）を介して接続されており、光ファイバ１５、および、光学部１４に対して給電する必要がない。

侵入者がフェンス１をよじ登って侵入すると、光ファイバ１５に力が加わるが、この場合光ファイバ１５の光弾性効果により、フェンス１への機械荷重を検出できる。この光弾性効果について説明する。等方等質な弾性体（透明体）、ガラス、高分子物質、セルロイド、ベークライトなどの平板状の複屈折結晶透明体は等方性（光学異方性がない）物質であり、電界ベクトルのｘ成分に対する屈折率と、ｙ成分に対する屈折率に差がない。このような複屈折結晶透明体の一方向の外力を加えて内部にない力を生じさせると、複屈折結晶透明体は複屈折結晶（双光軸結晶）を呈し、例えば圧力が加わって歪みを生じるｙ方向と、ｘ方向と、が等価ではなくなり、屈折率に異方性を生じる。その結果、ｙ成分に対する屈折率ｎ_ｙの方がｘ成分に対する屈折率ｎ_ｘよりも大きくなり複屈折を生じる。この現象は1816年にD.Brewsterによって発見されたものである。この複屈折により、円偏光のｘ，ｙ成分に位相差が生じて強度が変調される。このような強度変調された円偏光が検光子１４２へ入射され、この検光子１４２が円偏光を直線偏光に戻し、受光部３０へ出力する。入射される円偏光の位相差に起因して、出射する直線偏光も光強度が変化している。
受光部３０はこの直線偏光の光強度の変化を測定し、印加電圧（Ｖ）を求めるものである。

続いてこのような検出センサ１０’を用いる検出について説明する。図１３〜図２２は、光ファイバ取り付け箇所を乗り越えたときの信号処理部１００からの出力電圧測定波形図である。これら図は信号処理部１００からの出力電圧信号をデジタルオシロで記録した波形図である。なお、ここでは信号処理部１００は図２で示した構成と同じものを使用している。

図１３に光学部１４の取り付け箇所近傍を乗り越えたときの信号処理部の出力電圧測定波形を、図１４に時間間隔についての拡大した波形図を示す。本方式も光方式であるため、ノイズの影響がほとんどない。波形のピークは−１．８〜３．６Ｖとなっており、また周波数には幅があって２００〜３００Ｈｚとなっている。検出感度は十分であり、本方式により光学部１４の取り付け箇所近傍での侵入検出を行うことが可能である。

図１５に光学部１４の取り付け箇所から２ｍ地点を乗り越えたときの信号処理部（計測部）出力電圧測定波形を、図１６に時間間隔について拡大した波形図を示す。図１３、図１４と比較しても電圧レベルおよび周波数範囲がほとんど変わらず、安定した検出となっている。したがって、本方式により光学部取り付け箇所から２ｍ地点での侵入検出を行うことが可能である。

図１７に光学部１４の取り付け箇所から４ｍ地点を乗り越えた場合、図１８に光学部１４の取り付け箇所から６ｍ地点を乗り越えた場合の信号処理部（計測部）の出力電圧測定波形を示す。光学部１４の取り付け箇所や２ｍ地点を乗り越えた場合に対して、出力電圧が小さくなっている。この原因として、乗り越え方のばらつきや光学部１４への振動の伝搬が考えられる。センサ自体は光ファイバであるため、光学部１４の取り付け箇所からの距離は検出感度に影響しないが、光学部１４や送光用の光ファイバ１３が振動してしまうと出力電圧に現れてしまう。そこで、本方式を監視用の検出センサに適用する場合は、光学部１４や送光用の光ファイバ１３が振動しない構造とすればよい。しかし、いずれの場合においても検出感度は十分であり、本方式により広範囲の侵入検出を行うことが可能である。

次に脚立を使い直接フェンス１のフレームに乗り静かに乗り越える場合について、図１９で光学部１４の取り付け箇所近傍を乗り越えたときの信号処理部１００の出力電圧測定波形を、図２０で光学部１４の取り付け箇所から２ｍ地点を乗り越えたときの信号処理部１００の出力電圧測定波形を、図２１で光学部１４の取り付け箇所から４ｍ地点を乗り越えたときの信号処理部１００の出力電圧測定波形を、図２２で光学部１４の取り付け箇所から６ｍ地点を乗り越えたときの信号処理部１００の出力電圧測定波形を、それぞれ示す。いずれの場合も波形のピークが３Ｖ以上となっており、検出感度は十分である。

続いてこのような検出センサ１０’を用いる侵入警戒システム１０００’について図を参照しつつ説明する。図２３，図２４は本形態の侵入警戒システム１０００’の構成図である。例えば、図２３で示すように、侵入警戒システム１０００’は、検出センサ１０’、発光部２０、受光部３０、信号処理部１００、判定部２００、付属構成部３００を備えている。
この侵入警戒システム１０００’では、発光部２０と受光部３０とから複数の光ファイバ１３を並列に配置し、それぞれの光ファイバ１３に一個の光学部１４および光ファイバ１５（図示せず）を配置することで、長大・広大な施設に多数の検出部を設置するものである。また、図２４で示すように光ファイバ１３を通過する光が減衰しないことから多数の光学部１４を直列配置することも可能である。

これら図２３，図２４で示す侵入警戒システム１０００’の場合、例えば、発光部２０と受光部３０に検出センサ１０’毎に入射光信号と出射光信号を分別する装置を備え、各検出センサ１０’からの出射光信号の時間差や振幅減衰等を分析し、広大なフェンスの侵入箇所を特定できるようにしてもよい。
また、例えば、発光部２０と受光部３０に検出センサ１０’毎に応答する波長等異なる入射光信号と出射光信号を重畳する装置を備え、各検出センサからの出射光信号の時間差や振幅減衰等を分析し、広大なフェンスの侵入箇所を特定できるようにしてもよい。
このような侵入警戒システム１０００’では、判定部２００が所定閾値を超えるような波高を有する波形が得られた場合、侵入があったと検出して検出信号を付属構成部３００へ送信し、付属構成部３００の、警報部による音声警報・ディスプレイ・回転灯などによる表示警報を報知したり、監視センタへ伝送したり、監視カメラを動作させるスイッチとしたり、監視処理を行うことができる。

以上本発明の侵入警戒システム１０００，１０００’について説明した。
これらのように、本発明のようにピエゾフィルムと電気光学結晶とを併用する形態、および、光ファイバの光弾性効果を応用する形態、ともに監視用の検出センサへの適用可能である。また、フェンス等構築物の構成や両者の特性等条件を勘案して上記した侵入警戒システム１０００，１０００’を使い分ければよい。

さらに、光電圧センサからの出射光信号を受信する受光部３０の次段に設けた信号処理部１００と判定部２００は、波形信号として機械的エネルギーに基づく反応を認識するので、強風等自然現象によるものなのか、人為的操作によるものか、データ集積して、波形解析処理することにより判断し易く誤検出を極力低減できる。

なお、侵入警戒システム１０００，１０００’が配置される被検出物は共に、上記フェンス１に限定されるものではなく、フェンス１に代え建物、工作物などに適用することは勿論のこと、計測処理、信号処理、判定処理等変形実施としても、発明の要旨に含まれることは言うまでもない。

本発明を実施するための最良の形態の侵入警戒システムの検出センサの構成図である。 検出センサに接続される信号処理部の構成図である。 検出センサの取付け例を説明する説明図である。 ピエゾセンサ取り付け箇所を乗り越えたときの信号処理部からの出力電圧測定波形図である。 ピエゾセンサ取り付け箇所を乗り越えたときの信号処理部からの出力電圧測定波形図である。 ピエゾセンサ取り付け箇所を乗り越えたときの信号処理部からの出力電圧測定波形図である。 ピエゾセンサ取り付け箇所を乗り越えたときの信号処理部からの出力電圧測定波形図である。 ピエゾセンサ取り付け箇所を乗り越えたときの信号処理部からの出力電圧測定波形図である。 本発明を実施するための最良の形態の侵入警戒システムの構成図である。 本発明を実施するための最良の形態の侵入警戒システムの構成図である。 他の検出センサの構成図である。 検出センサの取付け例を説明する説明図である。 光ファイバ取り付け箇所を乗り越えたときの信号処理部からの出力電圧測定波形図である。 光ファイバ取り付け箇所を乗り越えたときの信号処理部からの出力電圧測定波形図である。 光ファイバ取り付け箇所を乗り越えたときの信号処理部からの出力電圧測定波形図である。 光ファイバ取り付け箇所を乗り越えたときの信号処理部からの出力電圧測定波形図である。 光ファイバ取り付け箇所を乗り越えたときの信号処理部からの出力電圧測定波形図である。 光ファイバ取り付け箇所を乗り越えたときの信号処理部からの出力電圧測定波形図である。 光ファイバ取り付け箇所を乗り越えたときの信号処理部からの出力電圧測定波形図である。 光ファイバ取り付け箇所を乗り越えたときの信号処理部からの出力電圧測定波形図である。 光ファイバ取り付け箇所を乗り越えたときの信号処理部からの出力電圧測定波形図である。 光ファイバ取り付け箇所を乗り越えたときの信号処理部からの出力電圧測定波形図である。 本発明を実施するための最良の形態の侵入警戒システムの構成図である。 本発明を実施するための最良の形態の侵入警戒システムの構成図である。

符号の説明

１：フェンス
１０，１０’：検出センサ
１１：検出部
１１ａ：偏光子
１１ｂ：１／４波長板
１１ｃ：透明電極
１１ｄ：電圧印加線
１１ｅ：透明電極
１１ｆ：電気光学結晶
１１ｇ：検光子
１２：ピエゾフィルム
１３：光ファイバ
１４：光学部
１４１：入射側光学部
１４１ａ：偏光子
１４１ｂ：１／４波長板
１４２：出射側光学部
１４２ａ：検光子
１５：光ファイバ
２０：発光部
３０：受光部
４０：直流増幅回路
５０：ローパスフィルタ
６０：交流増幅回路
７０：割算回路
８０：ローパスフィルタ
９０：出力回路
１００：信号処理部
２００：判定部
３００：付属構成部

Claims (12)

1. 光を出射する発光部と、
   被検出物に設置されて機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換するフィルムセンサと、
   前記フィルムセンサにより変換された電気的エネルギーを起電圧として抽出する一対の電極、この一対の電極に挟持されるとともに一対の電極から印加される起電圧により生じる電界の変化に応じて屈折率を変化させる電気光学結晶を備え、前記発光部からの光を電気光学結晶に入射させるとともに電気光学結晶の屈折率の変化に応じて光を変調して変調光を出力する検出部と、
   前記検出部から出射された変調光を受光する受光部と、
   前記受光部から出力される出力電圧信号を演算処理して波形信号を出力する信号処理部と、
   前記信号処理部からの波形信号を波形解析処理してフィルムセンサが検出した被検出物の機械的変化を検出することで侵入者を検出する判定部と、
   を備え、
   前記フィルムセンサおよび前記検出部は複数設けられ、
   前記発光部と前記検出部との間、および、前記検出部と前記受光部との間をそれぞれ光ファイバケーブルにより光学的に接続して一の系統とし、複数系統の光ファイバケーブルが前記発光部および前記受光部に並列接続されることを特徴とする侵入警戒システム。
2. 光を出射する発光部と、
   被検出物に設置されて機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換するフィルムセンサと、
   前記フィルムセンサにより変換された電気的エネルギーを起電圧として抽出する一対の電極、この一対の電極に挟持されるとともに一対の電極から印加される起電圧により生じる電界の変化に応じて屈折率を変化させる電気光学結晶を備え、前記発光部からの光を電気光学結晶に入射させるとともに電気光学結晶の屈折率の変化に応じて光を変調して出力する検出部と、
   前記検出部から出射された変調された光を受光する受光部と、
   前記受光部から出力される出力電圧信号を演算処理して波形信号を出力する信号処理部と、
   前記信号処理部からの波形信号を波形解析処理してフィルムセンサが検出した被検出物の機械的変化を検出することで侵入者を検出する判定部と、
   を備え、
   前記フィルムセンサおよび前記検出部は複数設けられ、
   前記発光部と前記検出部との間、隣接する二個の前記検出部の間、および、前記検出部と前記受光部との間をそれぞれ光ファイバケーブルにより光学的に接続して直列接続されることを特徴とする侵入警戒システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の侵入警戒システムにおいて、
   前記検出部は、
   前記発光部から出射された光を直線偏光とする偏光子と、
   偏光子からの直線偏光を円偏光として電気光学結晶へ出力する１／４波長板と、
   １／４波長板からの円偏光を屈折率に応じて変調する前記電気光学結晶と、
   前記電気光学結晶から出力された円偏光を直線偏光とする検光子と、
   を備え、前記受光部は検光子からの直線偏光を受光することを特徴とする侵入警戒システム。
4. 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の侵入警戒システムにおいて、
   前記フィルムセンサは、
   ピエゾフィルムシートと、
   ピエゾフィルムシートの上下面に金属皮膜で形成した薄膜電極と、
   を備えたピエゾフィルムであることを特徴とする侵入警戒システム。
5. 請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の侵入警戒システムにおいて、
   前記電気光学結晶は、Ｂｉ _１２ ＧｅＯ _２０ 又はＢｉ _１２ ＳｉＯ _２０ で形成した結晶であることを特徴とする侵入警戒システム。
6. 請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の侵入警戒システムにおいて、
   前記フィルムセンサを貼着または這着して被検出物に配設することを特徴とする侵入警戒システム。
7. 光を出射する発光部と、
   前記発光部からの光を整形する入射側光学部、機械的エネルギーに応じて複屈折を生じさせて入射側光学部から入射された光を変調する複屈折結晶透明体、複屈折結晶透明体で変調された光を整形する出射側光学部を備え、機械的エネルギーに基づいて複屈折結晶透明体に発生する複屈折に応じて光を変調して出力する光学部と、
   前記光学部から出射された変調された光を受光する受光部と、
   前記受光部から出力される出力電圧信号を演算処理して波形信号を出力する信号処理部と、
   前記信号処理部からの波形信号を波形解析処理して複屈折結晶透明体が検出した被検出物の機械的変化を検出することで侵入者を検出する判定部と、
   を備え、
   前記光学部は複数設けられ、
   前記発光部と前記光学部との間、および、前記光学部と前記受光部との間をそれぞれ光ファイバケーブルにより光学的に接続して一の系統とし、複数系統の光ファイバケーブルが前記発光部および前記受光部に並列接続されることを特徴とする侵入警戒システム。
8. 光を出射する発光部と、
   前記発光部からの光を整形する入射側光学部、機械的エネルギーに応じて複屈折を生じさせて入射側光学部から入射された光を変調する複屈折結晶透明体、複屈折結晶透明体で変調された光を整形する出射側光学部を備え、機械的エネルギーに基づいて複屈折結晶透明体に発生する複屈折に応じて光を変調して出力する光学部と、
   前記光学部から出射された変調された光を受光する受光部と、
   前記受光部から出力される出力電圧信号を演算処理して波形信号を出力する信号処理部と、
   前記信号処理部からの波形信号を波形解析処理して複屈折結晶透明体が検出した被検出物の機械的変化を検出することで侵入者を検出する判定部と、
   を備え、
   前記光学部は複数設けられ、
   前記発光部と前記光学部との間、隣接する二個の前記光学部の間、および、前記光学部と前記受光部との間をそれぞれ光ファイバケーブルにより光学的に接続して直列接続されることを特徴とする侵入警戒システム。
9. 請求項７または請求項８に記載の侵入警戒システムにおいて、
   前記入射側光学部は、前記発光部から出射された光を直線偏光に変換する偏光子と、偏光子からの直線偏光を円偏光に変換して出力する１／４波長板と、を有し、
   前記複屈折結晶透明体は、複屈折により透過する円偏光を変調する機能を有し、
   前記出射側光学部は、前記複屈折結晶透明体から出力された円偏光を直線偏光とする検光子を有し、
   前記受光部は、前記検光子からの直線偏光を受光することで、この光から前記複屈折結晶透明体が検出した機械的変化を検出することを特徴とする侵入警戒システム。
10. 請求項９に記載の侵入警戒システムにおいて、
    前記複屈折結晶透明体は光ファイバであることを特徴とする侵入警戒システム。
11. 請求項７〜請求項１０の何れか一項に記載の侵入警戒システムにおいて、
    前記複屈折結晶透明体を貼着または這着して被検出物に配設することを特徴とする侵入警戒システム。
12. 請求項１〜請求項１１の何れか一項に記載の侵入警戒システムにおいて、
    前記被検出物は、建物、工作物または界標を形成するフェンスであることを特徴とする侵入警戒システム。

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